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簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)的主要區(qū)別在于它們的驅(qū)動(dòng)方式。步進(jìn)電機(jī)是以步階方式分段移動(dòng)，直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)通常則采用連續(xù)移動(dòng)的模擬控制方式。由于步進(jìn)電機(jī)采用步階移動(dòng)，所以特別適合絕對(duì)尋址應(yīng)用，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)已能提供每一步1.8°或0.9°的精確移動(dòng)能力。步進(jìn)電機(jī)采用直接控制方式，它的主要命令和控制變量都是步階位置 (step position)；相形之下，直流電機(jī)則是以電機(jī)電壓做為控制變量，以位置或速度做為命令變量。直流電機(jī)需要反饋控制系統(tǒng)，它會(huì)以間接方式控制電機(jī)位置，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)多半則是以「開(kāi)環(huán)」方式進(jìn)行操作。

步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)架構(gòu)和步進(jìn)方式來(lái)分類。步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有好幾種，包括可變磁阻 (variable reluctance)、永磁和混合式永磁 (hybrid permanent magnet)，永磁步進(jìn)電機(jī)的成本很低，多半用于價(jià)格低廉的消費(fèi)性產(chǎn)品?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的價(jià)格略高，是工業(yè)移動(dòng)控制應(yīng)用最常見(jiàn)的電機(jī)。可變磁阻電機(jī)通常有3或5個(gè)相位，需要采用不同的驅(qū)動(dòng)電路架構(gòu)。

單極性 (unipolar) 和雙極性 (bipolar) 是步進(jìn)電機(jī)最常采用的兩種驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。單極性驅(qū)動(dòng)電路使用四顆晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩組相位，電機(jī)結(jié)構(gòu)則如圖1所示包含兩組帶有中間抽頭的線圈，整個(gè)電機(jī)共有六條線與外界連接。這類電機(jī)有時(shí)又稱為四相電機(jī)，但這種稱呼容易令人混淆又不正確，因?yàn)樗鋵?shí)只有兩個(gè)相位，精確的說(shuō)法應(yīng)是雙相位六線式步進(jìn)電機(jī)。六線式步進(jìn)電機(jī)雖又稱為單極性步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上卻能同時(shí)使用單極性或雙極性驅(qū)動(dòng)電路。

圖1：?jiǎn)螛O性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

雙極性步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路則如圖2所示，它會(huì)使用八顆晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)兩組相位。雙極性驅(qū)動(dòng)電路可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)四線式或六線式步進(jìn)電機(jī)，雖然四線式電機(jī)只能使用雙極性驅(qū)動(dòng)電路，它卻能大幅降低量產(chǎn)型應(yīng)用的成本。雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的晶體管數(shù)目是單極性驅(qū)動(dòng)電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動(dòng)，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動(dòng)電路。雙極性驅(qū)動(dòng)電路的晶體管只需承受電機(jī)電壓，所以它不像單極性驅(qū)動(dòng)電路一樣需要箝位電路。

圖2：雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

直流和無(wú)刷直流電機(jī)

直流電機(jī)是最常見(jiàn)和成本最低的小型電機(jī)，并且廣泛用于各種應(yīng)用。無(wú)刷直流電機(jī)宣稱能提供更高可靠性以及更低噪聲和成本，然而到目前為止，它卻只能在磁盤或計(jì)算機(jī)風(fēng)扇等少數(shù)量產(chǎn)應(yīng)用中取代傳統(tǒng)直流電機(jī)。在某些應(yīng)用里，無(wú)刷直流電機(jī)有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)勝過(guò)傳統(tǒng)電刷電機(jī)，例如它以電子組件和傳感器取代電刷，不但延長(zhǎng)電機(jī)壽命和減少維護(hù)成本，而且也沒(méi)有電刷產(chǎn)生的噪音。直流電機(jī)的特性使它成為調(diào)速系統(tǒng)最容易使用的電機(jī)。直流電機(jī)的硬件電路架構(gòu)如圖3所示。

選擇正確的電機(jī)控制組件

為電機(jī)控制等特定應(yīng)用選擇組件時(shí)，必須先了解這些組件的功能特色，然后在應(yīng)用中充份發(fā)揮它們的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)、直流和無(wú)刷直流電機(jī)通常是由提供有限控制功能的專用組件來(lái)控制，這些組件大都只有簡(jiǎn)單的微處理器界面，系統(tǒng)效能因此受到很大限制。